Эмили Дешанель родилась в Лос-Анджелесе в семье номинанта на премию «Оскар» кинооператора Калеба Дешанеля и актрисы Мэри Джо Дешанель (Уэйр). Имеет ирландско-французское происхождение. Её сестра Зоуи Дешанель также актриса.Дешанель окончила Бостонский университет по специальности «театральное искусство» со степенью бакалавра.
Она является веганом и участницей движения PETA.